橇裝化設(shè)備設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用

鄭輝

摘 要：橇塊工廠預(yù)制完畢，需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，尤其是大型油氣地面工程項(xiàng)目，復(fù)雜的運(yùn)輸過(guò)程對(duì)橇塊包裝要求更高。本文提出全新的包裝設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用專業(yè)軟件進(jìn)行大型橇塊的包裝設(shè)計(jì)，此種設(shè)計(jì)方法準(zhǔn)確、快捷、直觀，能夠通過(guò)接口直接利用橇塊某些類型的三維模型，尺寸定位準(zhǔn)確，節(jié)省建模時(shí)間。同時(shí)結(jié)合某油田地面集輸工程，對(duì)工程的特點(diǎn)、裝置橇裝化的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用情況等方面進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞：橇塊；運(yùn)輸；包裝；準(zhǔn)確；質(zhì)量和效率；三維模型

1 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外石油需求的迅猛發(fā)展，各油田開(kāi)采油氣的步伐不斷加快，地面工程建設(shè)在整個(gè)開(kāi)發(fā)中占據(jù)著重要地位，一般占工程總投資的50%～60%。地面工程高效、快速建成，對(duì)油田保量完成并順利投產(chǎn)起著不可忽視的作用。橇塊，又叫橇裝化設(shè)備，將容器（設(shè)備）、管道、閥門、儀表、電氣等集中組裝于一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)底座上，成為一個(gè)整體設(shè)備，能夠單獨(dú)、完全、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能。橇塊的制造、組裝都可以在工廠內(nèi)進(jìn)行，預(yù)制完畢后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)安裝，減少現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，節(jié)約成本[1]。20 世紀(jì)70、80 年代，國(guó)內(nèi)各油氣田都以不同的方式提倡和推進(jìn)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)工作，提出過(guò)“三化”（系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化）設(shè)計(jì)和“三化”（預(yù)制化、裝配化和機(jī)械化）施工。如2006 年，中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田在蘇里格氣田試驗(yàn)和研究工作基礎(chǔ)上，為統(tǒng)一“5+1”（即長(zhǎng)慶油田與5 個(gè)工程承包單位）合作開(kāi)發(fā)模式，各參建單位的建設(shè)模式和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)均需適應(yīng)蘇里格氣田建設(shè)“低滲、低產(chǎn)、低壓、低豐度”的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，對(duì)蘇6-4 集氣站開(kāi)展了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。雖然各油氣田公司在一定程度上開(kāi)展了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)工作，也取得了一定成效，但與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)油氣田地面工程標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)工作仍處于初步發(fā)展階段。

2 橇裝化裝置優(yōu)勢(shì)

橇裝化裝置的大部分安裝工作在工廠內(nèi)完成，因而可大大減少工程現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)工程量，縮短工程安裝周期，同時(shí)有利于保證安裝質(zhì)量，便于搬遷和運(yùn)輸。相對(duì)于傳統(tǒng)的建設(shè)形式，橇裝化裝置具有下列優(yōu)勢(shì)。

2.1 減少現(xiàn)場(chǎng)施工量，縮短施工周期。傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝固定設(shè)備需要經(jīng)過(guò)設(shè)備采購(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試等環(huán)節(jié)，施工周期長(zhǎng)。還需要與設(shè)計(jì)、施工和供貨商聯(lián)絡(luò)協(xié)調(diào)，工作效率低下。要求施工方具有豐富的施工經(jīng)驗(yàn)， 掌握設(shè)備廠家及配套設(shè)施的安裝要求，用戶需要配備專業(yè)的技術(shù)人員予以配合。橇裝化裝置則是一體化供貨，組裝、測(cè)試和檢驗(yàn)等工作全部在工廠內(nèi)完成， 大大減少了現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)量，只需要在進(jìn)出口管道和電氣設(shè)備接線處進(jìn)行連接，安裝調(diào)試方便，施工周期較傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝所需時(shí)間縮短一半甚至更多。

2.2 提高工程建設(shè)效率，保證工程建設(shè)質(zhì)量?，F(xiàn)場(chǎng)安裝固定設(shè)備需要現(xiàn)場(chǎng)施工人員具有較好的專業(yè)水平和施工經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于本工程，當(dāng)?shù)厥┕り?duì)伍的技術(shù)水平難以保證站場(chǎng)設(shè)備的焊接安裝滿足質(zhì)量要求。橇裝化裝置則是整體供應(yīng)，質(zhì)量容易保證，避免了現(xiàn)場(chǎng)因焊接不合格造成返工等問(wèn)題發(fā)生，提高了建設(shè)質(zhì)量和效率。

2.3 節(jié)約工程資源，降低工程投資。橇裝化裝置能夠充分利用三維空間，使設(shè)備布置緊

湊，且可節(jié)省材料用量，其占地面積也僅為現(xiàn)場(chǎng)安裝固定設(shè)備所占面積的40 %～60 %，可節(jié)約土地資源。橇裝化裝置整體供貨， 減少了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員的需求，降低了現(xiàn)場(chǎng)施工費(fèi)用，節(jié)省了工作人員到現(xiàn)場(chǎng)安裝設(shè)備的各項(xiàng)差旅費(fèi)用及作業(yè)用設(shè)備、完工后余料等的往返運(yùn)輸費(fèi)用。同時(shí)由于橇裝化裝置在出廠前進(jìn)行了全面的檢測(cè)工作，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量減小，調(diào)試費(fèi)用降低。

2.4 方便運(yùn)行維護(hù).現(xiàn)場(chǎng)安裝的固定設(shè)備， 由于供貨商通常不是一家，對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題以及備品備件的采購(gòu)，需要供貨商提供足夠的技術(shù)支持，后續(xù)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和管理難度較

大。橇裝化裝置出現(xiàn)問(wèn)題可由供貨商及時(shí)解決，提高了裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性，同時(shí)也便于設(shè)備的維護(hù)管理。

2.5 重復(fù)利用價(jià)值高。橇裝化裝置移動(dòng)性強(qiáng)，重復(fù)利用率高。橇裝模塊可多次、多地重復(fù)整體搬遷使用，設(shè)備的再次利用率高達(dá)90 %。

3 設(shè)計(jì)原則

一般施工現(xiàn)場(chǎng)距離工廠較遠(yuǎn)，尤其是海外項(xiàng)目，橇塊在運(yùn)輸過(guò)程中要經(jīng)過(guò)多次吊裝，還要考慮鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸以及海運(yùn)對(duì)物件尺寸、重量等要求，此種情況下對(duì)包裝設(shè)計(jì)要求較高。另一方面，橇塊制造完畢后，由于工期的原因，留給包裝和吊裝設(shè)計(jì)的時(shí)間很少，尤其對(duì)于大型橇塊，使用準(zhǔn)確、快捷、直觀的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)軟件很重要，既能加快業(yè)主審核過(guò)程，也能提高效率和減少失誤。設(shè)計(jì)過(guò)程中采用Tekla Structures軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，該軟件能將包裝效果立體呈現(xiàn)在業(yè)主面前，在力學(xué)計(jì)算通過(guò)以及符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下，根據(jù)業(yè)主對(duì)包裝外觀的要求及時(shí)調(diào)整方案，在接近真實(shí)的環(huán)境下模擬整個(gè)包裝過(guò)程，省時(shí)省力，事半功倍。在大型橇塊包裝時(shí)，該軟件更能體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，軟件能夠與PDSOFT等三維設(shè)計(jì)軟件通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)的共享，可以直接利用配管專業(yè)的三維模型做參考。軟件用戶可以在一個(gè)虛擬的空間中搭建一個(gè)完整的3D模型，然后自動(dòng)生成自己所需樣式的圖紙，如整體布置圖、構(gòu)件圖、零件圖等，自動(dòng)生成各種精確報(bào)表[2]，如材料表、構(gòu)件表、零件表、螺栓表、零件開(kāi)孔清單等，為材料采購(gòu)，工廠材料發(fā)放和整理等提供直接幫助，避免浪費(fèi)和錯(cuò)誤。所有圖紙報(bào)表與模型智能關(guān)聯(lián)，模型修改，圖紙和報(bào)表自動(dòng)更新。軟件通用性強(qiáng)，以多種形式實(shí)現(xiàn)與其他分析和設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)模型共享。作為一款主要針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)詳設(shè)的軟件，Tekla Structures能夠用于包裝設(shè)計(jì)是因?yàn)槠浣孛嫘筒膸?kù)和材料庫(kù)的多樣性和靈活性。軟件截面庫(kù)能提供各種各樣的截面，也可以根據(jù)需要編輯新截面，這樣保證包裝使用的各種材料都能進(jìn)行三維展示，如各種型鋼、方木、圓木等。材料庫(kù)中除鋼材、鋼筋、混凝土外，還有木材選項(xiàng)等，只要在通用性中輸入木材密度，就能夠保證包裝設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的木材、木板等在材料表中自動(dòng)生成。

4 橇塊包裝設(shè)計(jì)

4.1 橇塊設(shè)計(jì)方案確定

該橇塊應(yīng)用于某國(guó)外油田地面工程，重約40噸，長(zhǎng)寬高約為13600mm×4300mm×6100mm。

由于該橇塊要運(yùn)輸至國(guó)外，如果分體運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)組裝，將大大增加用工成本。而且運(yùn)輸距離長(zhǎng)，時(shí)間久，還要經(jīng)過(guò)高濕、高溫的海洋運(yùn)輸，過(guò)程中要多次進(jìn)行裝卸。經(jīng)過(guò)討論，決定采用整體包裝、整體運(yùn)輸?shù)姆桨?，同時(shí)采用包裝吊裝一體化的鐵木箱框架結(jié)構(gòu)，包裝箱底部增加輔助底座與吊裝框架結(jié)構(gòu)連接進(jìn)行整體包裝，利用包裝框架進(jìn)行吊裝。

4.2 設(shè)計(jì)過(guò)程

（1）設(shè)計(jì)以螺栓強(qiáng)度計(jì)算、等邊角鋼計(jì)算、吊耳計(jì)算等理論計(jì)算為基礎(chǔ)，采用SAP2000軟件對(duì)吊裝框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析計(jì)算。（2）該橇塊本身的詳細(xì)設(shè)計(jì)使用PDSOFT三維配管軟件。該軟件可以將模型以DWG/DXF文件形式輸出三維模型。Tekla Structures通過(guò)“輸入?yún)⒖寄Ｐ汀敝苯訉?dǎo)入該模型。圖3為參考模型屬性對(duì)話框，設(shè)定比例為1：1，保證模型尺寸的一致性。輸入Tekla中的三維模型不能修改，如圖4。直接按照原尺寸輸入橇塊詳細(xì)設(shè)計(jì)的三維模型，以該模型作為背景進(jìn)行包裝框架設(shè)計(jì)，尺寸定位精確，節(jié)省建模時(shí)間，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程直觀而有效。

（3）設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先考慮使用項(xiàng)目部庫(kù)存鋼材，然后進(jìn)行受力計(jì)算校核。該橇采用鐵木箱包裝，包裝框架和箱體底座為鋼結(jié)構(gòu)，也用于承擔(dān)吊裝受力。箱體箱體底座及頂部主受力框架材料為H300×150×6.5×9型鋼。立柱采用4根L180×16和2根L125×10角鋼，為吊裝拉力承受部件，斜撐為6根L50×6角鋼。六個(gè)面用12mm膠合板封閉，筋骨為60mm×20mm熏蒸木條。膠合板、木條的具體規(guī)格及節(jié)點(diǎn)的處理由木材供貨廠家根據(jù)具體情況確定。箱體進(jìn)行防雨和防潮處理。設(shè)計(jì)完畢后，包裝箱總尺寸為14000mm×5000mm×6900mm，包裝箱與橇的總重量約48噸。（4）包裝箱底座與原有橇塊底座連接示意圖：可見(jiàn)二者通過(guò)螺栓連接，充分利用原設(shè)計(jì)的地腳螺栓孔，同時(shí)方便橇塊與包裝箱的拆卸。吊裝框架立柱與包裝箱底座的連接示意圖：立柱底部設(shè)置連接底板并與立柱焊接，連接底板與包裝箱底座型鋼（下部可以采用鋼板加強(qiáng)）采用螺栓連接，同樣也是為了方便大型包裝箱的組裝與拆卸。立柱與頂部型鋼直接焊接，如圖7所示。最終的包裝效果圖見(jiàn)圖8。吊裝效果圖：吊裝框架頂部設(shè)置4個(gè)吊耳，單個(gè)吊耳吊裝能力為15噸。吊裝時(shí)要根據(jù)吊裝工況進(jìn)行吊裝計(jì)算以便于選擇吊車.

采用Tekla進(jìn)行設(shè)計(jì)，一大優(yōu)勢(shì)在于材料的精確控制。型鋼、木條、木板、鋼板、螺栓等都能自動(dòng)生成報(bào)表，如表1和表2。同時(shí)還有零件、構(gòu)件圖紙，工廠加工后直接進(jìn)行組裝。

5 結(jié)論

隨著國(guó)內(nèi)石油公司在海外開(kāi)采石油天然氣的步伐不斷加快， 橇裝化裝置是確保氣田高效開(kāi)發(fā)的重要手段，不僅能夠加快氣田建設(shè)速度，保證建設(shè)質(zhì)量，方便運(yùn)行維護(hù)管理，而且能有效降低整個(gè)工程的投資，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。?yīng)用專業(yè)軟件于橇塊包裝設(shè)計(jì)中，提出全新包裝設(shè)計(jì)方法，拓展了包裝設(shè)計(jì)思路，使包裝的設(shè)計(jì)變得準(zhǔn)確、快捷、直觀，改變了傳統(tǒng)的包裝設(shè)計(jì)方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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[2] 馬山玉.鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)軟件Tekla Structure 應(yīng)用綜述[J].山西建筑，2010，36（6）：56-57.